LTspice -də EKQ Siqnal Modelləşdirilməsi: 7 addım

2025 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2025-01-13 06:56

EKQ, ürəkdə meydana gələn elektrik siqnallarını ölçmək üçün çox yayılmış bir üsuldur. Bu prosedurun ümumi fikri aritmiya, koronar arter xəstəliyi və ya infarkt kimi ürək problemlərini tapmaqdır. Xəstədə sinə ağrısı, tənəffüs çətinliyi və ya ürək döyüntüsü adlanan qeyri -bərabər ürək atışları kimi simptomlar varsa, lazım ola bilər, eyni zamanda kardiostimulyatorların və digər implantasiya olunan cihazların düzgün işləməsini təmin etmək üçün də istifadə oluna bilər. Ümumdünya Səhiyyə Təşkilatının məlumatları göstərir ki, ürək-damar sistemi xəstəlikləri dünyada ölümün ən böyük səbəbidir; bu xəstəliklər hər il təxminən 18 milyon insanı öldürür. Bu səbəbdən bu xəstəlikləri izləyə və ya kəşf edə bilən cihazlar inanılmaz dərəcədə əhəmiyyətlidir, bu səbəbdən EKQ hazırlanıb. EKQ, elektrodlar çıxarıldıqda bəzi kiçik narahatlıqlar istisna olmaqla, xəstə üçün heç bir təhlükə yaratmayan tamamilə qeyri-invaziv bir tibbi testdir.

Bu təlimatda təsvir olunan tam cihaz, optimal nəticələr əldə etmək üçün səs -küylü EKQ siqnalını idarə etmək üçün bir neçə komponentdən ibarət olacaq. EKQ qeydləri tipik olaraq aşağı gərginlikdə baş verir, buna görə də bu siqnal analiz edilməzdən əvvəl gücləndirilməlidir, bu halda bir alət gücləndiricisi ilə. EKQ qeydlərində səs -küy çox önəmlidir, buna görə də bu siqnalları təmizləmək üçün süzgəc baş verməlidir. Bu müdaxilə müxtəlif yerlərdən gələ bilər, buna görə xüsusi səsləri aradan qaldırmaq üçün fərqli yanaşmalar edilməlidir. Fizioloji siqnallar yalnız tipik bir diapazonda baş verir, buna görə də bu diapazon xaricində olan bütün tezlikləri silmək üçün bir bandpass filtrindən istifadə olunur. EKQ siqnalında ümumi səs -küyə təxminən 60 Hz -də meydana gələn və bir çentik filtri ilə çıxarılan elektrik xətti müdaxiləsi deyilir. Bu üç komponent bir EKQ siqnalını təmizləmək və daha asan təfsir və diaqnoz qoymaq üçün eyni vaxtda işləyir və təsirlərini yoxlamaq üçün LTspice -də modelləşdiriləcək.

Addım 1: Cihaz Gücləndiricisinin (INA) qurulması

Tam cihazın ilk komponenti, səs -küylü mühitlərdə olan kiçik siqnalları ölçə bilən bir cihaz gücləndiricisi (INA) idi. Bu vəziyyətdə, optimal nəticələr əldə etmək üçün yüksək qazancla (təxminən 1.000) bir INA edildi. Müvafiq müqavimət dəyərləri ilə INA -nın sxematik şəkildə göstərilmişdir. Quruluşun etibarlı olduğunu və müqavimət dəyərlərinin uyğun olduğunu təsdiqləmək üçün bu INA qazancı nəzəri olaraq hesablana bilər. Tənlik (1) nəzəri qazancın 1 000 olduğunu hesablamaq üçün istifadə olunan tənliyi göstərir, burada R1 = R3, R4 = R5 və R6 = R7.

Tənlik (1): Qazanc = (1 + (2R1 / R2)) * (R6 / R4)

Addım 2: Bandpass Filtrinin Qurulması

Əsas səs -küy mənbəyi bədənin içərisində yayılan elektrik siqnallarıdır, buna görə də sənaye standartı EKQ -dən olan təhrifləri aradan qaldırmaq üçün 0,5 Hz və 150 Hz kəsmə tezliklərinə malik bir bandpass filtrinin daxil edilməsidir. Bu filtr, bu tezlik aralığının xaricindəki siqnalları aradan qaldırmaq üçün yüksək keçid və aşağı keçid filtrindən istifadə etdi. Müvafiq müqavimət və kondansatör dəyərləri ilə bu filtrin sxematik şəkildə göstərilmişdir. Rezistorların və kondansatörlərin dəqiq dəyərləri (2) tənliyində göstərilən düsturdan istifadə edərək tapıldı. Bu formula 0,5 Hz yüksək keçid kəsmə tezliyi və 150 Hz aşağı keçid kəsmə tezliyi üçün iki dəfə istifadə edilmişdir. Hər bir halda, kondansatör dəyəri 1 μF olaraq təyin edildi və rezistor dəyəri hesablandı.

Tənlik 2: R = 1 / (2 * pi * Kesim Frekansı * C)

Addım 3: Çentik Filtrinin Qurulması

EKQ ilə əlaqəli başqa bir səs -küy mənbəyi elektrik xətləri və digər elektron cihazlardan qaynaqlanır, lakin bir çentik filtri ilə aradan qaldırılır. Bu filtrasiya texnikası, xüsusi olaraq 60 Hz -də səs -küyü aradan qaldırmaq üçün paralel olaraq yüksək keçid və aşağı keçid filtrindən istifadə edirdi. Müvafiq müqavimət və kondansatör dəyərləri ilə çentik filtrinin sxemi göstərilir. Rezistor və kondansatörün dəqiq dəyərləri R1 = R2 = 2R3 və C1 = 2C2 = 2C3 olaraq təyin edilmişdir. Daha sonra 60 Hz bir kəsilmə tezliyini təmin etmək üçün R1 1 kΩ olaraq təyin edildi və C1 dəyərini tapmaq üçün tənlik (3) istifadə edildi.

Tənlik 3: C = 1 / (4 * pi * Kesim Tezliyi * R)

Addım 4: Tam Sistemin Qurulması

Nəhayət, bütün üç qurğunun bütün cihazın düzgün işləməsini təmin etmək üçün sınaqdan keçirildi. Tam sistem tətbiq edildikdə spesifik komponent dəyərləri dəyişmədi və simulyasiya parametrləri Şəkil 4 -də verilmişdir. Hər bir hissə aşağıdakı ardıcıllıqla bir -birinə bağlanmışdır: INA, bant keçidi filtri və çentik filtri. Filtrlər dəyişdirilə bilsə də, INA birinci komponent olaraq qalmalıdır ki, hər hansı bir süzgəc baş verməzdən əvvəl amplifikasiya baş versin.

Addım 5: Hər bir komponenti yoxlayın

Bu sistemin etibarlılığını yoxlamaq üçün əvvəlcə hər bir komponent ayrı -ayrılıqda, sonra isə bütün sistem sınaqdan keçirildi. Hər bir test üçün, giriş siqnalı tipik bir fizioloji siqnal aralığına (5 mV və 1 kHz) daxil edilərək sistem mümkün qədər dəqiq ola bildi. INA üçün AC süpürgəsi və müvəqqəti analiz tamamlandı, beləliklə qazanc iki üsulla təyin edilə bilər (Tənliklər (4) və (5)). Filtrlər, kəsilmə tezliklərinin istənilən dəyərlərdə meydana gəlməsini təmin etmək üçün hər ikisi bir AC süpürgəsi ilə sınaqdan keçirildi.

Tənlik 4: Qazanc = 10 ^ (dB / 20) Tənlik 5: Qazanc = Çıxış Gərginliyi / Giriş Gərginliyi

Göstərilən ilk görüntü INA -nın AC süpürgəsidir, ikinci və üçüncüsü INA -nın giriş və çıxış gərginliyi üçün keçici analizidir. Dördüncüsü, bant keçid filtrinin AC süpürgəsi, beşincisi çentik filtrinin AC süpürgəsidir.

Addım 6: Tam Sistemi Test edin

Nəhayət, bütün sistem AC süpürgəsi və keçici analizlə sınaqdan keçirildi; lakin bu sistemə giriş faktiki EKQ siqnalı idi. Yuxarıdakı ilk şəkil AC süpürgəsinin nəticələrini, ikincisi isə keçici analizin nəticələrini göstərir. Hər bir xətt hər bir komponentdən sonra alınan bir ölçüyə uyğundur: yaşıl - INA, mavi - bandpass filtri və qırmızı - çentikli filtr. Son görüntü daha asan analiz üçün müəyyən bir EKQ dalğasına yaxınlaşır.

Addım 7: Son Fikirlər

Ümumiyyətlə, bu sistem EKQ siqnalını qəbul etmək, gücləndirmək və istənilən tələffüzü asanlaşdırmaq üçün istənməyən səsləri çıxarmaq üçün hazırlanmışdır. Tam sistem üçün, məqsədə çatmaq üçün xüsusi dizayn xüsusiyyətləri nəzərə alınmaqla bir alət gücləndiricisi, bir bant keçidi filtri və bir çentik filtri hazırlanmışdır. Bu komponentləri LTspice -də tərtib etdikdən sonra, hər bir komponentin və bütün sistemin etibarlılığını yoxlamaq üçün AC süpürmə və keçici analizlərin birləşməsi aparılmışdır. Bu testlər sistemin ümumi dizaynının etibarlı olduğunu və hər bir komponentin gözlənildiyi kimi işlədiyini göstərdi.

Gələcəkdə bu sistem canlı EKQ məlumatlarını sınamaq üçün fiziki bir dövrə çevrilə bilər. Bu testlər dizaynın etibarlı olub olmadığını müəyyən etmək üçün son addım olacaq. Tamamlandıqdan sonra sistem müxtəlif səhiyyə şəraitlərində istifadə oluna bilər və klinisyenlərə ürək xəstəliklərinin diaqnozu və müalicəsinə kömək etmək üçün istifadə edilə bilər.